DE3902304A1 - Kraftstoffsteuerung fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffsteuerung für einen Ver­ brennungsmotor, der mit einem Kraftstoffeinspritzsystem ausge­ stattet ist nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ins­ besondere dreht es sich um eine Kraftstoffsteuerung, die das Zurückschlagen des Motors bei unkorrekter Zündung verhindert.

Bei Verbrennungsmotoren ist es wichtig, daß die Zündung zu einem korrekten Zeitpunkt in jedem Zylinder des Motors statt­ findet. Um den Zündzeitpunkt zu steuern, generiert ein Kur­ belwellenfühler des Motors ein Zylindererkennungssignal, das anzeigt, welcher Zylinder den Kompressionszyklus zu jeder Zeit durchläuft, wobei die Einstellung des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit diesem Signal erfolgt.

Wenn der Kurbelwellenfühler fehlerhaft arbeitet oder schlech­ te Kontaktübergänge, gebrochene Drähte oder dergleichen im elektrischen System auftreten, so wird das Zylindererken­ nungssignal unkorrekt. Wenn die Einstellung des Zündzeit­ punktes nun weiterhin auf Basis des unkorrekten Zylinder­ erkennungssignales erfolgt, so kann es zur Zündung in einem Zylinder kommen, der gerade ansaugt. Dies bewirkt ein Zu­ rückschlagen im Motor, das diesen zerstören kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoff­ steuerung für einen Verbrennungsmotor dahingehend weiterzu­ bilden, daß auch bei unkorrektem Zündzeitpunkt kein Zurück­ schlagen auftritt.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffsteuerung für einen Verbren­ nungsmotor umfaßt einen Feststellmechanismus, der fest­ stellt, ob ein Zylindererkennungssignal unnormal ist und zwar auf der Basis des Zylindererkennungssignales und dem Kurbelwinkelsignal, die beide vom Kurbelwinkelfühler gene­ riert werden. Wenn eine Abnormalität festgestellt wird und der Motor mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer läuft, so wird die Zuführung von Kraftstoff zu den Kraftstoffein­ spritzern des Motors abgestellt, so daß Zurückschlagen ver­ hindert wird.

Die Kraftstoffsteuerung in Übereinstimmung mit der vorlie­ genden Erfindung umfaßt einen Kurbelwinkelfühler, der ein Kurbelwinkelsignal und ein Zylindererkennungssignal abgibt, einen Feststellmechanismus, der feststellt, ob das Zylinder­ erkennungssignal normal ist, einen Kraftstoffabsperrmecha­ nismus, welcher die Zufuhr von Kraftstoff zu den Kraftstoff­ einspritzern des Motors absperrt, wenn der Feststellmecha­ nismus feststellt, daß das Zylindererkennungssignal abnor­ mal ist und der Motor mindestens für eine bestimmte Zeit­ dauer gearbeitet hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform stellt der Feststell­ mechanismus dann fest, daß das Zylindererkennungssignal ab­ normal ist, wenn das Zylindererkennungssignal während ei­ ner vorbestimmten Anzahl von Ausgangsspulen des Kurbelwin­ kelfühlers keinen Änderungen unterliegt. Der Feststellme­ chanismus und der Kraftstoffabsperrmechanismus können se­ parate Anordnungen umfassen. Vorzugsweise werden beide in einem Mikrocomputer dargestellt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung be­ vorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form der Kraftstoffsteuerung bei Anwendung auf einen Vierzylindermotor;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Hauptprogrammes, das vom Mikroprozessor 12 nach Fig. 1 durchgeführt wird;

Fig. 3 ein Flußdiagramm einer Interrupt-Routine (durch­ geführt vom Mikroprozessor 12 nach Fig. 1); wobei diese dann durchgeführt wird, wenn der Pegel des Kurbelwinkelfühlers ansteigt;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Ausgänge verschiedener Ele­ mente der Ausführungsform nach Fig. 1 beim nor­ malen Betrieb; und

Fig. 5 ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale derselben Elemente dann, wenn das Zylindererkennungssig­ nal abnormal ist.

Im folgenden wird anhand der Abbildungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Gesamtstruktur die­ ser Ausführungsform bei Anwendung auf einen Vierzylinder- Verbrennungsmotor.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Verbrennungsmotor 1 vier Zylinder mit den Nummern #1 bis #4. Ein Einlaßkrümmer 2 a ist mit einer Seite des Motors 1, ein Auslaßkrümmer 3 mit der anderen Seite des Motors verbunden. Ein Einlaßrohr 2 b ist mit dem Eingangsende des Einlaßkrümmers 2 a verbunden. Im Einlaßrohr 2 b sitzt schwenkbar eine Drosselklappe 4. Eingangsseitig ist dem Einlaßrohr 2 b ein Luftfilter 5 vor­ geschaltet. Ein Karman-Wirbelstrom-Strömungsfühler 6 (im folgenden AFS genannt) ist im Einlaßrohr 2 b zwischen der Drosselklappe 4 und dem Luftfilter 5 angeordnet. Dieser gibt elektrische Ausgangssignale in Form von Pulsen ab, deren Frequenz der Strömungsrate der im Einlaßrohr 2 b fließenden Luft entspricht. Das Öffnungsmaß der Drossel­ klappe 4 wird durch einen Drosselklappen-Öffnungsfühler 7 abgetastet, der ein entsprechendes elektrisches Ausgangs­ signal abgibt. Ein Kurbelwinkelfühler 8 stellt die Drehung des Motors 1 (bzw. dessen Kurbelwelle) fest und generiert zwei elektrische Ausgangssignale: Ein Kurbelwinkelsignal SGT und ein Zylindererkennungssignal SGC. Das Kurbelwinkel­ signal SGT wird in vorgeschriebenen Winkelstellungen der Kurbelwelle des Motors 1 generiert, so z. B. einmal für alle 180° der Kurbelwinkeldrehung. Das Zylindererkennungs­ signal wird jedesmal dann generiert, wenn ein vorbestimm­ ter Zylinder erkannt wird. Ein Kraftstoffeinspritzer 9 zur Zuführung von Kraftstoff ist im Einlaßkrümmer 2 a bei jedem (nicht dargestellten) Einlaßventil eines jeden Zylinders angeordnet. Weiterhin ist in jedem Zylinder eine Zündkerze 10 angeordnet.

Die vier Kraftstoffeinspritzer 9 und die vier Zündkerzen 10 werden von einer Steuerung 11 gesteuert, welche auf Aus­ gangssignale vom AFS 6, dem Drosselklappenfühler 7 und dem Kurbelwinkelfühler 8 anspricht, wobei die Batteriespannung VB einer nicht dargestellten Batterie die Anlage mit Strom versorgt. Die Steuerung 11 ist mit einem Mikrocomputer 12 ausgestattet, der verschiedene Berechnungen und Festlegun­ gen durchführt. Der Mikrocomputer 12 umfaßt eine CPU 12 A, ein ROM 12 B, das verschiedene Daten und Programme speichert, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, und ein RAM 12 C, das als Arbeitsspeicher dient. Ein erstes Interface 13 ist zwischen dem AFS 6 und einem Interrupt-Eingangsort P 1 des Mikrocomputers 12 angeordnet. Die Ausgangsseite des ersten Interfaces 13 ist mit einem ersten Zähler 14 verbunden, dessen Ausgang mit dem Mikrocomputer 14 verbunden ist. Das Ausgangssignal vom Drosselklappen-Öffnungsfühler 7 und die Spannung VB der Batterie werden einem A/D-Wandler 15 zuge­ führt, der diese Eingangssignale in Digitalwerte umwandelt und diese dem Mikrocomputer 12 eingibt. Das Zylindererken­ nungssignal SGC und das Kurbelwinkelsignal SGT vom Kurbel­ winkelfühler 8 werden jeweils einem Eingangsport PC 2 und einem Interrupt-Eingangsport P 3 des Mikrocomputers 12 über ein zweites Interface 16 zugeführt. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird außerdem einem zweiten Zähler 17 über das zweite Interface 16 zugeführt, wobei der Ausgang des zweiten Zäh­ lers 17 dem Mikrocomputer 12 zugeführt wird.

Erste bis vierte Zeitgeber 18-21 zum Steuern des Zeitab­ laufes der Kraftstoffeinspritzer 9 sind mit ersten bis vierten Treibern 22-25 verbunden, welche die Kraftstoffein­ spritzer 9 ansteuern. Die Zeitgeber 18-21 sind auf vorbe­ stimmte Werte durch ein Ausgangssignal vom Mikrocomputer 12 gesetzt und werden durch Ausgangssignale von den Ausgangs­ ports P 4-P 7 gesteuert. Ein fünfter Zeitgeber 26 und ein sechster Zeitgeber 27 zum Steuern des Funkens der Zünd­ kerzen 10 sind mit einem fünften Treiber 28 und einem sech­ sten Treiber 29 verbunden, die jeweils mit der Basis eines ersten Transistors 30 bzw. eines zweiten Transistors 31 verbunden sind. Der fünfte und der sechste Zeitgeber 26 und 27 sind durch Ausgangssignale vom Mikrocomputer 12 auf vorbestimmte Werte gesetzt und werden durch Ausgangssignale von den Ausgangsports P 8 und P 9 des Mikrocomputers 12 ge­ triggert.

Die Emitter beider Transistoren 30 und 31 liegen auf Masse. Die Kollektoren der Transistoren 30 und 31 sind mit der nicht dargestellten Batterie verbunden, deren Strom durch die Primärspulen einer ersten Zündspule 32 und einer zwei­ ten Zündspule 33 fließt. Die Enden der Sekundärspulen der ersten Zündspule 32 sind mit den Zündkerzen 10 für den ersten und den vierten Zylinder verbunden, während die En­ den der Sekundärspule der zweiten Zündspule 33 mit den Zündkerzen 10 des zweiten und des dritten Zylinders des Mo­ tors 1 verbunden sind.

Der Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 1 läuft wie folgt ab.

Die Ausgangssignale vom AFS 6 werden dem Interrupt-Port P 1 durch das erste Interface 13 zugeführt. Jedesmal dann, wenn der Pegel des Ausgangssignales AFS 6 ansteigt, führt der Mikrocomputer 17 eine Interrupt-Routine durch, und die Periode der Ausgangsspule wird im ersten Zähler 14 gemessen. Der Ausgang des Drosselklappen-Öffnungsfühlers 7 und die Batteriespannung werden in Digitalwerte über den A/D-Wandler 15 übersetzt und in vorbestimmten Intervallen in den Mikro­ computer 12 eingelesen. Diese Werte werden benutzt zur Er­ rechnung der Kraftstoffversorgung. Das Zylindererkennungs­ signal SGC vom Kurbelwinkelfühler 8 wird dem Eingangsport P 2 des Mikrocomputers 12 durch das zweite Interface 16 zu­ geführt, während das Kurbelwinkelsignal SGT dem zweiten Zähler 17 und dem Interrupt-Port P 3 über das zweite Inter­ face 16 zugeführt wird. Eine Interrupt-Routine findet jedes­ mal dann statt, wenn der Pegel des Kurbelwinkelsignales SGT ansteigt und der zweite Zähler 2 die Periode des Kurbelwin­ kelsignales SGT mißt.

Basierend auf den oben beschriebenen Eingangssignalen er­ rechnet der Mikrocomputer 12 die Kraftstoffversorgung und den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit allgemein bekann­ ten Algorithmen. Basierend auf den Resultaten der Berech­ nungen werden die ersten bis vierten Zeitgeber 18-21 auf geeignete Werte gesetzt, um die Kraftstoffeinspritzer 9 anzusteuern. Der fünfte und der sechste Zeitgeber 26 und 27 werden auf einen geeigneten Wert gesetzt, um die Zünd­ kerzen 10 anzusteuern. Jedesmal nach dem Setzen der Zeit­ geber werden diese nacheinander vom Mikrocomputer 12 ge­ triggert und die vier Kraftstoffeinspritzer 9 werden nach­ einander über die ersten bis vierten Treiber 22-25 ange­ steuert, so daß jeder Zylinder bei seinem Saughub vom ent­ sprechenden Kraftstoffeinspritzer 9 mit Kraftstoff versorgt wird. Der fünfte und der sechste Zeitgeber 26 und 27 werden abwechselnd vom Mikrocomputer getriggert, so daß die Trei­ bersignale alternativ zum ersten und zum zweiten Transistor 30 und 31 über den fünften und den sechsten Treiber 28 und 29 geschickt werden. Dies bewirkt, daß die erste und die zweite Zündspule 32 und 33 alternativ leiten, wodurch die Zündkerzen 10 für den ersten und den vierten Zylinder und dann die Zündkerzen 10 für den zweiten und den dritten Zy­ linder alternativ Funken abgeben. Es zünden zwar zwei Zünd­ kerzen 10 gleichzeitig, jedoch ist der eine Zylinder, dem eine der Zündkerzen 10 zugeordnet ist, gerade beim Kompres­ sionshub (wird also korrekt gezündet), während der andere Zylinder gerade ausstößt, so daß Kraftstoff nur in dem erst­ genannten Zylinder gezündet werden kann.

Nachdem der Motor mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer gelaufen ist, stoppt der Mikrocomputer 12 dann die Zuführung von Triggersignalen zum ersten bis vierten Zeitgeber 18-21 über die Ausgangsports P 4-P 7 und stoppt dadurch die Zufüh­ rung von Kraftstoff zu dem Kraftstoffeinspritzer 9, wenn der Mikrocomputer 12 feststellt, daß das Zylindererkennungs­ signal SGC abnormal ist.

Im folgenden wird anhand der Flußdiagramme nach den Fig. 2 und 3 der Betrieb des Mikrocomputers 12 näher erläutert, wenn dieser die Kraftstoffeinspritzer 9 steuert. Fig. 2 ist ein Flußdiagramm des Hauptprogrammes, das vom Mikro­ computer 12 durchgeführt wird. Im Schritt 101 wird eine Initialisierung durchgeführt. Diese Initialisierung um­ faßt das Setzen eines Wertes, der als "Abnormalitätsindi­ kator" MP für das Zylindererkennungssignal dient (im fol­ genden Zylinderabnormalitätsindikator), das gleich 0 ist. Im Schritt 102 wird festgestellt, ob der Motor 1 läuft oder nicht. Diese Feststellung wird basierend auf dem Kur­ belwinkelsignal SGT getroffen. Wenn der Kurbelwinkelfühler 8 ein Kurbelwinkelsignal SGT generiert, wird festgestellt, daß der Motor 1 läuft. Wenn der Motor 1 läuft, wird im Schritt 103 festgestellt, ob das Zylinderabnormalitäts­ signal MP gleich 0 ist. Wenn MP gleich 0 ist, wird im Schritt 104 abgefragt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer ver­ gangen ist, seit der Motor 1 zu laufen begann. Wenn die Zeitdauer abgelaufen ist, wird festgestellt, daß das Zylin­ dererkennungssignal SGC abnormal ist. Dann wird im Schritt 105 ein Kraftstoffabsperrkommando ausgegeben, so daß der erste bis vierte Zeitgeber 18-21 nicht getriggert werden und die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern abgesperrt wird. Wenn andererseits im Schritt 102 festgestellt wird, daß der Motor nicht läuft, so wird im Schritt 106 das Zylinderab­ normalitätssignal MP auf 0 gesetzt.

Dem Schritt 105 folgt eine ganze Anzahl herkömmlicher Schritte, bei denen der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt errechnet werden. Diese folgenden Schrit­ te sind dem hier tätigen Fachmann gut bekannt, so daß eine detailliertere Beschreibung sich hier erübrigt. Nach der Durchführung der nicht dargestellten Schritte kehrt das Hauptprogramm zum Schritt 102 zurück.

Fig. 3 zeigt das Flußdiagramm einer Interrupt-Routine, die jedesmal dann durchgeführt wird, wenn der Pegel des Kurbelwinkelsignales SGT ansteigt. Zuerst wird im Schritt 201 das Zylinderabnormalitätssignal MP mit einem vorgege­ benen Wert, z. B. mit 6 verglichen. Wenn MP größer oder gleich 6 ist, so wird festgestellt, daß das Zylinderer­ kennungssignal SGC normal ist, und das Hauptprogramm wird wieder angefahren. Wenn MP kleiner als 6 ist, so wird im Schritt 102 abgefragt, ob eine Änderung im Pegel des Zylin­ dererkennungssignales SGC stattfand, seit die Interrupt- Routine das letzte Mal durchgeführt wurde. Wenn eine Ände­ rung des Pegels SGC vorlag, wird das Zylinderabnormalitäts­ signal um 1 inkrementiert, wonach wieder zum Hauptprogramm übergegangen wird. Wenn keine Änderung im Pegel des Signales SGC vorlag, wird im Schritt 204 abgefragt, ob MP gleich 0 ist. Wenn MP gleich 0 ist, geht es wieder zurück in das Hauptprogramm. Wenn MP nicht gleich 0 ist, wird im Schritt 205 MP um 1 vermindert. Danach geht es mit dem Hauptprogramm weiter.

Fig. 4 und 5 zeigen Werte von verschiedenen Signalen und Parametern der Ausführungsform nach Fig. 1 während des nor­ malen bzw. abnormalen Betriebs. In jeder Abbildung bezeich­ net (a) den ablaufenden Vorgang (EXH = Auslaß, SUC = Ansaugen, COMP = Kompression, IGN = Zündung) des ersten Zylinders; (b) zeigt den Wert des Zylindererkennungssignales SGC; (c) zeigt den Wert des Kurbelwinkelfühlers SGT; (d) zeigt den Wert des Zylinderabnormalitätssignales MP; (e) zeigt das Zündsignal der Zündkerzen 10 im ersten und vierten Zy­ linder; (f) zeigt das Zündsignal der Zündkerzen 10 im zwei­ ten und dritten Zylinder; und (g)-(j) zeigt die Treiber­ signale für die Kraftstoffeinspritzer 9 der ersten bis vierten Zylinder.

Wie in Fig. 4 gezeigt, kehrt dann, wenn der Motor 1 nor­ mal arbeitet, der Pegel des Zylindererkennungssignales SGC seinen Wert dann um, wenn der Pegel des Kurbelwinkelsig­ nales SGT ansteigt. Als Resultat wird der Betrag von MP sukzessive durch die Interrupt-Routine nach Fig. 3 inkre­ mentiert, bis MP den Wert 6 erreicht, wonach er bei diesem Wert bleibt. Wenn darum der Schritt 201 der Interrupt- Routine durchgeführt wird, wird festgestellt, daß MP größer oder gleich 6 ist, so daß den Kraftstoffeinspritzern 9 Kraftstoff in der normalen Weise zugeführt wird.

Fig. 5 erläutert einen abnormalen Zustand, bei welchem (verursacht durch irgendeinen Fehler) das Zylindererkennungs­ signal SGC nicht hin- und herwechselt, wie dies sein sollte, sondern statt dessen bei niedrigem Pegel bleibt. Aus diesem Grund wächst der Wert von MP zunächst auf 2 und nimmt dann wieder auf 0 ab. Aufgrund des abnormalen Zylindererkennungs­ signales SGC zünden nur die Zündkerzen 10 für den zweiten und den dritten Zylinder, während die beiden anderen Zünd­ kerzen 10 nichts tun. Wenn dieser Zustand für eine vorbe­ stimmte Zeitdauer nach dem Start des Motors 1 bestehen­ bleibt, wird festgestellt, daß das Zylindererkennungssignal SGC abnormal ist. Nach der Zeit t 1 werden dann die ersten bis vierten Zeitgeber 18-21 nicht getriggert, und die Zufüh­ rung von Kraftstoff zu den Einspritzern 9 wird abgestoppt. Wie in Fig. 5 gezeigt, bleiben die Treibersignale für die Einspritzer 9 nach dem Zeitpunkt t 1 konstant.

Aus obigem ergibt sich, daß der Motor nicht weiterläuft, wenn der Zündzeitpunkt nicht korrekt einstellbar ist, so daß eine Beschädigung des Motors durch Zurückschlagen ver­ hindert wird.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird festgestellt, ob der Motor läuft oder nicht, wobei das Kurbelwinkelsignal SGT verwendet wurde. Bei einer anderen bevorzugten Ausfüh­ rungsform werden andere Signale statt dessen verwendet, so z. B. das An-Aus-Signal des Anlasserschalters des Motors 1.

Claims (5)

1. Kraftstoffsteuerung für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch
einen Kurbelwinkelfühler (8), der ein Kurbelwinkelsignal SGT abgibt, dessen Pegel bei mindestens einem Kurbelwinkel des Motors (1) wechselt, und der ein Zylindererkennungssignal SGC abgibt, welches einen bestimmten Zylinder des Motors (1) bezeichnet,
Feststellmittel (Schritt 103) zum Feststellen, ob das Zylin­ dererkennungssignal SGC abnormal ist, und zwar auf der Basis des Kurbelwinkelsignales SGT und des Zylindererkennungssig­ nales SGC, und durch
Kraftstoffabsperrmittel (Schritt 105) zum Absperren der Zufuhr von Kraftstoff zum Motor (1), wenn die Feststell­ mittel (Schritt 103) festgestellt haben, daß das Zylin­ dererkennungssignal SGC abnormal ist und der Motor (1) für mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer gelaufen ist.

2. Kraftstoffsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellmittel und die Kraftstoffabsperrmittel innerhalb eines Mikrocomputers (11) realisiert sind.

3. Kraftstoffsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellmittel (Schritt 103) weitere Mittel (Schritt 104) umfassen, um festzustellen, ob der Pegel des Zylindererkennungssignales (SGC) während des Auftre­ tens einer vorbestimmten Anzahl von Änderungen im Pegel des Kurbelwinkelsignales (SGT) sich geändert hat.

4. Verfahren zur Steuerung der Zuführung von Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor, der einen Kurbelwinkelfüh­ ler umfaßt, welcher ein Kurbelwinkelsignal SGT erzeugt, dessen Pegel mindestens einmal bei einem Kurbelwinkel des Motors sich ändert, und der ein Zylindererkennungs­ signal SGC entsprechend einem vorbestimmten Zylinder der Maschine abgibt, gekennzeichnet durch folgende Schritte
es wird festgestellt, ob das Zylindererkennungssignal SGC abnormal ist, und
es wird die Zuführung von Kraftstoff zum Motor dann ab­ geschaltet, wenn das Zylindererkennungssignal als abnor­ mal eingestuft wird und der Motor mindestens während ei­ ner vorbestimmten Zeitdauer gelaufen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindererkennungssignal als abnormal dann einge­ stuft wird, wenn sein Pegel während des Auftretens einer vorbestimmten Anzahl von Änderungen im Pegel des Kurbel­ winkelsignales sich nicht geändert hat.